一种18位SAR ADC的设计实现

本文对逐次逼近型模数转换器（SARADC）的结构进行了介绍,并对影响ADC性能的主要因素加以分析。设计了一种基于二进制加权电容阵列的数字校准算法,并运用比较器自动失调校准技术,实现了高性能SARADC的设计。仿真结果表明该设计在120ksps的采样率下精度可达18位。     

一种用于SAR ADC开关电容比较器的失调消除技术

论文阐述了一种用于逐次逼近ADC开关电容比较器的失调消除技术。采用预放大加再生锁存的比较结构,基于0.18μm 1P5M CMOS工艺设计实现了一种伪差分比较器。通过采用前级预放大器输入失调消除技术以及低失调再生锁存技术进行设计,整个比较器的输入失调电压小于0.55mV。通过采用预放大加再生锁存的比较模式,整个比较器的功耗有效减小,不足0.09mW。在电源电压为1.8V、ADC采样速率为200kS/s、时钟频率为3MHz的情况下,比较器能达到13位的转换精度。最后,通过设计讨论、后仿真分析及其在一种10位200kS/s的触摸屏SAR ADC中的成功应用验证了本文比较器的实用性和优越性。     

一种基于电容匹配算法的低噪声SAR ADC设计

设计了一个12位,采样速率为120 kS/s的SAR ADC。提出了一种12位精度下,能在电容面积和精度之间进行折中的算法,使得电容的整体面积、速度和功耗达到优化。通过对比较器的设计,解决了在噪声环境下,影响比较器性能的电荷注入、带宽、转换速度等问题。在0.35 μm 2P5M CMOS工艺下进行了流片,测试结果表明,设计的SAR ADC的DNL和INL均小于±1 LSB,功耗为1.5 mW。     

一种对失调和电容失配误差进行补偿的流水线ADC子级电路

设计一种用于高速高精度流水线ADC的流水线ADC子级电路,采用伪随机序列控制子ADC电路中比较器阵列的参考比较电压。比较器的高低位被随机分配,消除某个比较器的固有失调对子ADC量化的影响,温度计码的伪随机性可以消除MDAC电容的失配误差对余量输出的影响。电路采用0.18μm 1P5M 1.8V CMOS工艺,运用于12位250MSPS流水线ADC电路中,实际测得流水线ADC电路的SNR为69.92dB,SFDR为81.17dB。     

一种无需ADC的变步长反馈DC-DC 转换器数控方式

数控DC-DC变换器由于其自身的特点,易于与数字系统进行单片集成.DC-DC的数字控制算法有很多种,其中比较复杂的算法(如PID)需要在片内集成ADC,增加了设计难度.较为简单的控制方案只使用单一的比较器作为反馈输入部件,但动态性能较差.本文在已有的单比较器恒定步长反馈数控Buck转换器的基础上,提出了一类变步长反馈的方案.由于仍使用单比较器或窗口比较器,它的结构简单且易于集成.它借鉴了对分搜索的思路,能根据输出电压反馈的结果动态地改变占空比的变化步长,从而明显地提高了原有恒定步长反馈数控变换器的动态性能.     

适于高速高精度多级ADC的功耗-速率优值模型

该文依据多级比较原理,建立了ADC功耗-速率优值模型。基于比较器数目最优算法,推导出多级ADC最优比较器数目,并提出多级ADC功耗-速率优值参数,从而得到可实现小功耗、高转换速率的多级ADC优化结构。以10位精度ADC为例,系统级仿真结果表明:多级ADC中的三级Pipelined结构可将全Flash ADC功耗降低到最小,而保持相同的转换速率;同时理论验证了以两步式结构实现多级ADC优于其他多步式结构。该优值模型可应用于高速、高精度ADC系统结构优化。     

用于高速电荷域ADC的电荷比较器设计

设计了一种用于电荷域流水线ADC的高速电荷比较器电路,该比较器包括电荷采样电路、共模不敏感开关电容网络和锁存放大器。仿真结果表明,在0.18μm CMOS工艺条件下,该比较器在250 MHz时钟下性能良好,采用该比较器的12位250 MS/s电荷域ADC内的2.5位子级电路功能正确。     

一种高速高精度比较器的设计

数模转换器(ADC)作为片上集成系统SOC的关键模块,直接决定着SOC的性能.比较器更是在ADC中尤其是逐次逼近型(SAR)ADC中起着非常重要的作用.在SAR ADC中,比较器决定着ADC的速度、精度和功耗等指标,因此说,比较器是SARADC的核心电路.设计了一种应用于12 bit、1 Ms/s采样率SAR ADC的比较器,并提出了估算输入失调电压的新方法.仿真结果表明,在1.8 V,UMC18混合信号工艺下,速度能达到20 MHz,增益达到77 dB,有效分辨的最小电平达到400μV,第一级等效输入噪声仅为94μV.在每级电路存在20 mV失调电压的情况下,该比较器仍能将失调电压有效消除.     

应用于流水线ADC的LMS自适应校准算法与FPGA实现

研究了应用于流水线模数转换器(ADC)的LMS自适应数字校准算法及其FPGA实现。该校准算法可用于校准大多数已知的误差,包括非线性运算放大器的有限增益、电容失配,以及比较器的失调等。通过Simulink软件,对一个12位160 MS/s的流水线ADC进行建模。采用LMS自适应校准算法对该流水线ADC进行校准,并将算法在Virtex-5上实现了硬件设计。实验结果表明, 输入信号频率为58.63 MHz时,流水线ADC的无杂散动态范围(SFDR)和有效位(ENOB)分别由校准前的46.31 dB和7.32位提高到校准后的82.03 dB和11.12位。     

一种用于视频采集10bit低功耗SARADC的设计

本文通过对逐次逼近型ADC原理的分析,设计了一种用于视频采集10 bit,900KS/s的逐次逼近型模拟数字转换器(SAR ADC),该模数转换器主要由采样保持、DAC、比较器和数字逻辑控制器组成。其中,DAC采用电荷定标型结构,利用对称电容阵列结构减少电容所占面积,同时提高缩放电容的匹配精度;比较器采用三级预放大器加一级动态锁存器结构,并且该比较器采用了失调校准技术来提高比较器的精度。电路采用SMIC 0.13um 1P6M CMOS工艺进行设计,仿真结果表明,在900KS/s的采样速率下,有效位数可达8.7bit,功耗仅为1.02mW。     

一种SAR ADC电容失配自测量与数字校准技术

为了解决高分辨率逐次逼近模数转换器(SAR ADC)中,电容式数模转换器(DAC)的电容失配导致精度下降的问题,提出了一种电容失配自测量方法,以及一种可适用于各种差分电容DAC设计的低复杂度的前台数字校准方法。该方法利用自身电容阵列及比较器完成位电容失配测量,基于电容失配的转换曲线分析,对每一位输出的权重进行修正,得到实际DAC电容大小对应的正确权重,完成数字校准。数模混合电路仿真结果表明,引入电容失配的16位SAR ADC,经该方法校准后,有效位数由10.74 bit提高到15.38 bit。     

5位高速低功耗Binary-Search模数转换器

基于65 nm CMOS工艺,设计了一种高速低功耗二分搜索算法(Binary-Search)模数转换器(ADC)。与传统Binary-Search结构相比,该ADC的比较器采用两级动态前置放大器和一级动态闩锁器组合构成,减小了静态电流,得到极低的功耗;失调电压降低到不会引起判决误差,省去了外接的数字校准模块。因此,芯片面积减小,避免了校准模块拖慢比较器的工作速度。后仿结果表明,当采样频率为1 GHz时,该Binary-Search ADC的有效位达4.59 bit,功耗仅1.57 mW。     

A 12-bit self-calibrating SAR ADC achieving a Nyquist 90.4-dB SFDR

This paper describes a 10 or 12 bit programmable successive approximation register ADC for bridge stress monitoring systems requiring high-resolution, high linearity, low power and small size. Its sampling rate is scalable, from 0 to 200 kS/s. The proposed ADC employs a novel time-domain comparator with offset cancellation. Prototyped in a 0.18-μm, 6MIP CMOS process, the ADC, at 12 bit, 100 kS/s, achieves a Nyquist SNDR of 68.74 dB (11.13), an SFDR of 90.36 dB, while dissipating 579.6 μW from a 1.8-V supply. The on-chip calibration improves the DNL from +0.2/?0.74 LSB to +0.23/?0.25 LSB and INL from +1.27/?0.97 LSB to +0.41/?0.4 LSB.     

基于分段电容阵列的改进型逐次逼近型ADC

为缩短高速模数转换器(ADC)中高位(MSB)电容建立时间以及减小功耗,提出了一种基于分段式电容阵列的改进型逐次逼近型(SAR)ADC结构,通过翻转小电容阵列代替翻转大电容阵列以产生高位数字码,并利用180 nm CMOS工艺实现和验证了此ADC结构。该结构一方面可以缩短产生高位数码字过程中的转换时间,提高量化速度;另一方面其可以延长大电容的稳定时间,减小参考电压的负载。通过缩小比较器输入对管的面积以减小寄生电容带来的误差,提升高位数字码的准确度。同时,利用一次性校准技术减小比较器的失配电压。最终,采用180 nm CMOS工艺实现该10 bit SAR ADC,以验证该改进型结构。结果表明,在1.8 V电源电压、780μW功耗、有电路噪声和电容失配情况下,该改进型SAR ADC得到了58.0 dB的信噪失真比(SNDR)。     

An 8/10 bit 200/100MS/s configurable asynchronous SAR ADC

This paper presents an asynchronous 8/10 bit configurable successive approximation register analog-to-digital converter (ADC). The proposed ADC has two resolution modes and can work at a maximal sampling rate of 200 and 100MS/s for 8 bit mode and 10 bit mode respectively. The ADC uses a custom-designed 1 fF unit capacitor to reduce the power consumption and settling time of capacitive DAC, a dynamic comparator with tail current to minimize kickback noise and improve linearity. Moreover, asynchronous control technique is utilized to implement the ADC in a flexible and energy-efficient way. The proposed ADC is designed in 90 nm CMOS technology. At 100MS/s and 1.0 V supply, the ADC consumes 1.06 mW and offers an ENOB of 9.56 bit for 10 bit mode. When the ADC operates at 8 bit mode, the sampling rate is 200MS/s with 1.56 mW power consumption from 1.0 supply. The resulted ENOB is 7.84 bit. The FOMs for 10 bit mode at 100MS/s and 8 bit mode at 200MS/s are 14 and 34 fJ/conversion-step respectively.     

一种低功耗扩展计数型模数变换器设计

扩展计数型模数变换器(ADC)结合了ΣΔ调制器高精度和Nyquist速率ADC速度相对较快的优点,因而获得了广泛的重视。设计了一种13bit的扩展计数型ADC,设计中采用了1.5bit量化技术和硬件复用技术,其中,1.5bit量化技术降低了系统对比较器精度的要求,因而可使用动态比较器来降低系统的功耗。硬件复用技术利用了扩展计数型ADC两步变换分时操作的特点,采用同一套模拟器件实现了两个变换过程,既降低了系统功耗,又减小了核心电路的面积。上述设计采用0.18μm CMOS混合信号工艺流片验证,芯片核心部分的面积只有0.06mm2。测试结果表明该ADC的有效位数(ENOB)为10.6bit,在19.5ks/s的转换频率下功耗只有115μW。     

数字冗余码; 数字更正; 数字校对;

随着流水线ADC精度的不断提高，由运放和采样电容，比较器等引入的各种非线性误差将严重影响流水线ADC的性能。针对各种非线性误差基于校对数字技术的基本思想以及相应的算法。对近几年数字校对技术在流水线ADC中的应用和发展作了总结。最后对数字校对技术的发展趋势进行了分析，并对这一领域进行了展望。     

一种应用于高精度SAR ADC校准的剪枝神经网络算法

介绍了一种基于剪枝神经网络的后台校准算法,能够对高精度单通道SAR ADC的电容失配、偏移、增益等多个非理想因素同时进行校准,有效提高SAR ADC的精度。本算法不仅可以达到全连接神经网络校准效果,而且同时对贡献小的权重进行剔除,降低了校准电路的资源消耗,加快了神经网络校准算法速度。仿真结果表明,信号频率接近奈奎斯特频率的情况下,对16 bit 5 MS/s的 SAR ADC进行校准,校准后ADC的有效位数从7.4 bit提高到15.6 bit,无杂散动态范围从46.8 dB提高到126.2 dB。